啤酒花收获机械原理方案的设计

杨 静

（天水师范学院 机电与汽车工程学院，甘肃 天水 741001）

1 定义总功能

原理方案设计是针对产品的主要功能结构提出原理性的构思、探索解决问题的物理效应和工作原理的过程，是产品实现创新的关键，也就是应用系统科学理论，从产品的功能分析入手，研究产品的功能系统，明确产品的总功能、各子功能以及它们之间的关系，依据设计要求，探索原理解法，提出创造性方案.[1]该课题在酒花种植基地——甘肃省玉门市下河清农场、饮马农场实地调查的基础上，设计了啤酒花收获机械的原理方案，设计要求如表1.

表1 啤酒花收获机械的设计要求表

1.1 建立功能结构

产品总功能是表达输入量转变成输出量的能力.总功能的方框是一个“黑箱”，代表一个输入、输出系统，输入量、输出量都为物料、能量、信息.

图1 啤酒花收获机械的黑箱示意图

在明确啤酒花收获设备总功能的基础上，逐级向下分解，分解到子功能的要求比较明确为止，以便了解哪些子功能是已有的，可以实现的，哪些子功能是没有的，需要创新设计来完成的.

图2 啤酒花收获机械功能结构图

综合国内外大型啤酒花收获机械的工作原理，以及参考已投入使用的样机，采摘机的原理大都相同，即：采用喂入轮与辊轮以及辊轮之间的半径与转速差所产生的机构力实现酒花的采摘；[2]只是清选机的原理不同.因此，制定清选机的各评价指标如表2所示.

表2 清选机的评价指标

1.2 致功能结合

将所有子功能结合起来，才能实现总功能，在子功能结合的过程中，应掌握如下原则：相结合的子功能的原理解不应相互矛盾、相互排斥，应彼此相容；原理解结合后形成的初步设计方案应是先进的、成本低廉的.[3]

表3 啤酒花收获机械的功能结构系统

通过上表，综合采摘、清选功能，采用系统结合法，将酒花收获设备组成四个设计方案：Ⅰ：A-B1；Ⅱ：A-B2；Ⅲ：A-B3；Ⅳ：A-B4；

通过对这四个方案比较，以及根据现存的酒花收获设备进行分析，方案1和方案3的清选方式，主要存在清洁率低的问题；方案2用风机清选，存在损失率大的问题；方案4采用风机+输送带清选，不仅保证了要求达到的清洁率，而且通过调节风机的风量，能在一定程度上减小损失率，因此是较理想的一种清洁方式.以上是对四种清洁方式定性的描述，下面再对这四种清洁方式进行定量分析.

2 评价决策

设计过程是通过分析、创造和综合而达到满足特定功能目标的一种活动.在这过程中需要不断对设计方案进行评价，根据评价结果进行修改，逐步实现特定的功能目标.[3]

2.1 重要性系数（权系数）的确定

设计评价的内容十分丰富，有产品造型评价、人机工程评价等，但最主要的还是技术评价.圆圈表示目标系统，圆圈中左边的数字表示：隶属于同一上级目标的各同级目标之间的相对重要性系数，其总和等于1；右边的数字表示每一评价目标在目标系统中所居的重要程度，称为重要性系数，其值等于该目标圆圈左侧数字与相关的各上级目标左侧数字的乘积.[3]

图3 啤酒花收获设备的目标系统与重要性系数

2.2 设计方案评价分数的确定

由于方案设计阶段具体化程度较低，因此，在方案评定的过程中采用打分制，即：采用5分制评定.为了避免个人主观因素的干扰，采用集体评分法对啤酒花收获机械的四个方案进行评价，结合表2、图3的具体数值，评价分数如表4.

由表4计算值看出，四种方案的技术评价值均大于0.6，说明这四种方案均可行，但第四种方案的值最高，为最佳解.

通过对啤酒花清选机的四个方案进行定性分析与定量评价，确定第四种方案为最佳原理解.采用此方案设计的酒花清选机，样机已制成，如图4所示.通过田间实验，该设备效果良好，达到了预期的目的.

表4 啤酒花收获机械的设计方案评分的确定

图4 5PZX-600清选机机构简图

3 结 论

通过应用现代化的机械制造装备业的设计理论和手段，设计了一种适用于现代化农业推广、使用的农业收获机械，该方案的确定从根本上解决了现存啤酒花收获设备的难题，即损失率大、清洁率低的难题，把啤酒花收获机械的研究提高到了一个新的平台，为今后酒花收获设备的研制、生产提供技术借鉴与参考.

[1]胡靖明.快速腐熟秸秆还田联合作业机原理方案设计[J].机械研究与应用，2011，(6)：23.

[2]关慧贞.5PZX-350型啤酒花采摘清选机的研制[J].新疆农机化，2006，(5).

[3]冯正睿.机械制造装备设计[M].3版.北京：机械工业出版社，2009.